Безжичен контрол на осветлението

Известен факт е, че осветлението е един от най-големите потребители на енергия в сградите. Намаляването на тази енергийна консумация все повече ангажира вниманието на собствениците на сгради, различни обществени организации и много други заинтересовани страни. Замяната на съществуващите лампи с по-енергийно ефективни източници на осветление (като например LED) е един от начините за намаляване на този огромен разход на енергия.

По-голям ефект, обаче, се постига чрез внедряването на автоматизирани системи за контрол на осветлението, които могат да намалят потреблението на енергия с до 70%.

Системи за управление на осветлението
Основна концепция на системите за контрол на осветлението е доставянето на точното количество светлина, където и когато е необходимо, при минимален разход на енергия. Употребата им прави възможно автоматичното включване, изключване или димиране на осветителните тела в определен момент или при настъпването на предварително дефинирани условия. Системите предлагат и възможност за индивидуален контрол, така че всеки потребител да може да настройва собствени нива на осветеност. Обикновено се използва набор от светлинни сценарии, всеки от които е базиран на специфична технология и метод за управление. Смяната на сценариите се обуславя от различни фактори, като например, регистриране на присъствие в помещението, промяна в силата на дневната светлина и др.
Системите за контрол на осветлението притежават различни възможности и се характеризират с различна сложност. Могат да включват някои или всички от следните функции: включване, изключване, димиране на осветлението; управление чрез сензори за присъствие в помещенията и фотосензори за следене на текущите нива на осветеност от естествена и/ или изкуствена светлина; включване и изключване на осветлението по предварително зададен график; свързване с централизиран интерфейс за сградна автоматизация; различни начини за комуникация с осветителната техника и възможности за визуализация на енергийното потребление и изготвяне на справки.
Въпреки неоспоримите предимства на системите за контрол на осветлението, широкото им разпространение е все още ограничено поради необходимостта от допълнителна инвестиция и сложната инсталация. Разходите за труд, оборудване, изграждане на кабелни връзки, както и въвеждане в експлоатация, управление и поддържане на системите води до колебание на пазара. Възможно решение на този проблем са безжични системи за контрол на осветлението, които извеждат технологията на следващо ниво, чрез обогатяване на функционалността й, елиминиране на нуждата от допълнително окабеляване, снижаване на инсталационните разходи и постигане на по-бърза възвръщаемост на инвестициите.

Принцип на работа
Системите за безжичен контрол на осветлението използват безжична технология за комуникация между крайните устройства - датчици, ключове и баласти или LED драйвери, свързани с осветлението. Докато традиционните системи за контрол на осветление, използват контролер, жично свързан с всяко устройство, безжичната система функционира чрез контролер с антена, който комуникира безжично с набор от устройства. Използват се фабрично произведени безжични устройства или такива, които функционират с помощта на външен безжичен адаптер. Интегрирана софтуерна система осигурява достъп до управлението на системата и промяната на настройките от страна на сградните мениджъри или индивидуалните потребители, като зададените от тях команди преминават през контролера и автоматично се изпращат към отделните изпълнителни механизми.
Безжичните системи често са организирани на базата на клетъчна мрежова архитектура (Mesh Network), при която е възможно използването на множество пътища за осъществяване на връзка между две устройства. Това прави мрежите особено подходящи за работа в условия на значителни високочестотни смущения. Данните се препредават през безжичната мрежа от устройство до устройство по комуникационните връзки, докато достигнат указаната крайна дестинация. Мрежовата архитектура има свойството да се самоподдържа, така че когато системата установи повреда в някое от устройствата, данните автоматично сменят посоката си и избират нов маршрут, за да достигнат до крайното устройство. Вградената маршрутна редундантност гарантира устойчивост и надеждност на мрежата. Свързването на ново устройство към мрежата е лесно, тъй като то автоматично се разпознава от нея и е готово за работа след секунди.

Предимства на безжичния контрол
Безжичните решения осигуряват по-голяма гъвкавост по отношение на оползотворяването на пространството в сградите. Така например, инсталацията на контролерите или сензорите вече не е ограничена от възможностите за прокарване на кабели до съответното място, което е голямо преимущество в сградите със стъклени фасади или бетонни стени. Освен това, системата не изисква допълнителни разходи и време за преокабеляване при промяна в предназначението или конфигурацията на помещенията. Достатъчно е съществуващите устройства да се преадресират или да се добавят нови. Осветителните тела могат да бъдат адаптирани към новата безжична система за контрол чрез прибавянето на малки радиотрансмитери, които им позволяват да комуникират с безжичната мрежа. Гъвкавостта на безжичната система се подобрява допълнително и от възможността един превключвател да може да комуникира с няколко устройства, както и едно устройство да може да бъде контролирано от няколко различни превключвателя.
Сред предимствата на системата е и възможността за мащабиране. След като дадена безжична мрежа е създадена веднъж, тя може да се разраства и да покрива нови зони от сградата с малка допълнителна инвестиция. Необходимите допълнителни датчици, ключове и осветителни тела се инсталират лесно и се присъединяват към системата, без необходимост от добавяне на нова инфраструктура за контрол. Разширяването на комуникационното покритие на безжичната мрежа, я прави още по-надеждна и повишава нейната себестойност, тъй като предоставя възможност за контрол на осветлението в по-голям мащаб с използване на същия уеб-базиран интерфейс. Много от стандартните безжични системи за управление на осветлението могат да работят съвместно с други системи за сградна автоматизация (например със системите за сигурност, ОВК), в случай че се базират на съвместими стандарти.
Функция на безжичните решения за контрол на осветлението е и енергийният мениджмънт на текущите разходи. Осъществява се благодарение на факта, че комуникацията между устройствата в безжичната мрежа е двупосочна, тоест не само системата за контрол на осветлението изпраща команди за управление до осветителните тела и сензорите, но може и да получава обратна информация от тях. Това позволява на системата да проследи в реално време състоянието на всяка лампа (независимо дали е включена или не) и устройство, и да измери използваната енергия, да информира ако има възникнала повредена и / или ако лампите се нуждаят от смяна. Двупосочният поток от данни предоставя голямо разнообразие от ценна информация, подпомагаща вземането на решения от страна на сградните мениджъри. Благодарение на това те могат бързо, и дори дистанционно, да реагират на непосредствени събития, да анализират архивирани отчети за работата на системата и да предприемат действия в посока оптимизиране и подобряване на нейната енергийна ефективност.

Оперативна съвместимост в рамките на отворени стандарти
Много от безжичните решения за управление на осветлението са базирани на отворени мрежови протоколи, като например IEEE 802.15.4, ZigBee, Z-wave, EnOcean, NanoNET и други. Стандартът IEEE 802.15.4 е разработен специално за унифициране на приложения с ниска скорост на обмена на информация в честотни обхвати, неизискващи лиценз. Отнася се най-вече за устройства с батерийно захранване, към които са поставени изисквания за дълъг живот. Стандартът регламентира три скорости на информационен обмен - 250 kbps, 40 kbps и 20 kbps, съответно за честотите 2,4 GHz, 915 MHz и 868 MHz. Максимално допустимата мощност на предавателя във всички обхвати е 10 mW, която може да осигури обхват на покритие до 500 м в свободно пространство с добра предавателна антена. Независимо от това, като средна стойност се приемат лесно реализируемите 75 м в свободно пространство и 20-30 м в сгради. Минималното разстояние между предавателя и приемника може да е 1 м.
Технологията ZigBee включва в себе си стандарта IEEE802.15.4 и някои допълнения към него. Безжичната мрежа притежава свойството да се самоорганизира и самовъзстановява, тъй като мрежовите устройства в момента на включване самостоятелно формират мрежата, като се идентифицират едно с друго. При повреда в някое от тях мрежата самостоятелно се възстановява и намира нов маршрут за предаване. Данните се предават със скорост 250 kbps, което включва и служебната информация на мрежата. Безжичната мрежа ZigBee работи в диапазоните на честотните канали 868 MHz, 915 MHz, 2,4 MHz. В помещенията радиусът й на действие е няколко десетки метри, а навън - до няколкостотин метра. Използват се микросхеми на приемо-предаватели, допълнени с комплекти от библиотеки, които реализират протоколите ZigBee. При приложението й обикновените електрически ключове се заместват с такива, задействани дистанционно чрез ZigBee, но могат да имат и допълнителни възможности, като самостоятелно включване при наличие на човек в помещението или регулиране на осветеността.
Алтернатива на утвърдените два стандарта за безжична комуникация е Z-Wave протоколът за безжичен пренос на данни, разработен в лабораториите на датската компания Zensys и подкрепян от Z-wave Alliance. Технологията позволява пренос на информация на къси разстояния при минимален разход на енергия. Устройствата, базирани на Z-wave протокола, реализират не много високата скорост от около 40 Kbit/s в радиус от приблизително 30 метра. За разлика от Wi-Fi и други стандарти за пренос на данни, предназначени предимно за големи потоци от информация, Z-Wave работи на честоти до 1 GHz, оптимизирани за лесно прехвърляне на команди (например включване / изключване, димиране и т.н.). Изборът на ниско радиочестотните ленти се дължи на малък брой потенциални източници на смущения, за разлика от натоварения обхват 2,4 GHz, при който е необходимо да се вземат мерки за намаляване на потенциалните смущения от различни домакински безжични устройства.
На пазара се предлагат и крайни устройства за управление на осветлението, базирани на безжичната технология EnOcean. Специфично за тях е, че са напълно автономни и не се нуждаят от захранване. Сензорите, предавателите и всички други устройства се зареждат сами, използвайки различни методи за черпене на енергия от заобикалящата ги среда. Освен при управлението на осветлението, този стандарт намира приложение и при системите за сигурност, различни медицински апарати, както и в индустрията. EnOcean има обхват на действие от близо 300 метра и теоретичен таван за обмен на информация от 120 Kbit/s.
За безжичен контрол на осветлението се използва и технологията NanoNET, продукт на берлинската компания Nanotron Technologies, която изследва безжични технологии с малък радиус на действие и разработва протоколи за мрежи от датчици. За предаване на данните се използва линейно -честотна модулация, която е в основата на технологията NanoNet. Приемо-предавателите са в честотен диапазон в 2,4 GHz. Предаването на информацията е със скорост до 2 Mbit/s, при наличие на смущения, а обхватът е до няколко стотин метра. Ширината на честотния канал е 64 MHz (такава ширина обаче не позволява в едно помещение да се използват повече от две мрежи) и е много по-голяма от тази, която се ползва при технологиите ZigBee и Bluetooth.